在近期，地下水受到各種有機和無(wú)機化學(xué)物質(zhì)的污染。特別是硝酸根離子污染地下水已成為飲用水的新問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題歸因于用于施肥和處理牲畜排泄物的大量氮化合物。如果飲用含有過(guò)量硝酸根離子的飲用水會(huì )導致出現高鐵血紅蛋白血癥并產(chǎn)生亞硝胺，這會(huì )起到致癌作用。因此，硝酸根離子的去除方法將成為保護地下水水質(zhì)的方法之一。

　　到目前為止，已有傳統的去除硝酸根離子的方法，如反滲透和離子交換。然而，從高運行成本的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這些方法包括缺點(diǎn)。另一方面，實(shí)現吸附成本低，操作簡(jiǎn)單并廣泛用于水凈化。雖然有幾種吸附劑如沸石和硅膠，但由于多孔結構，大的表面積和孔體積都不如活性炭。并且活性炭還可以從各種材料和前體如生物質(zhì)制備而無(wú)需任何特殊設施，因此活性炭可以在許多地區使用。近年來(lái)，活性炭已被開(kāi)發(fā)作為污染物的凈化材料，具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如易于操作和加工各種形狀和尺寸。此外，活性炭具有疏水表面特性。

　　近的研究表明，通過(guò)在活性炭表面引入官能團的化學(xué)和熱處理，可以加強活性炭對離子污染物的吸附能力。通過(guò)氧化處理引入大量酸性官能團的活性炭對重金屬吸附有效。還試驗通過(guò)氨氣處理引入活性炭的表面上的含堿性氮的官能團可以實(shí)現比未經(jīng)處理的活性炭更好的吸附除去硝酸根離子。因此，預期碳表面上的諸如含氮官能團的堿性基團/位點(diǎn)對于離子物質(zhì)的吸附是有效的，并且大量的堿性基團/位點(diǎn)可以增強離子物質(zhì)的吸附。然而，硝酸鹽吸附到活性炭上的機制，特別是平衡溶液pH(pH e)和同一溶液中存在的共存離子的影響尚未詳細揭示。該信息對于制定活性炭以除去硝酸根離子和在凈水廠(chǎng)的實(shí)際使用中選擇活性炭是有必要的。

　　我們將活性炭在鹽酸和氫氟酸中浸泡過(guò)夜而不搖動(dòng)，并用熱蒸餾水洗滌數次，直至洗滌溶液中的pH值不再變化。接著(zhù)活性炭在110℃下干燥過(guò)夜，獲得的樣品儲存在干燥器中。為了除去活性炭表面酸性官能團，將活性炭在氦氣流下在管式爐中在800℃下加熱至所需溫度并保持1小時(shí)。為了將堿性基團/位點(diǎn)引入碳表面，進(jìn)行氨氣處理。在氦氣流下，在管式爐中加熱活性炭。爐中的氣氛在200℃時(shí)從氦氣變?yōu)榘睔?。將溫度升?00℃的設定值，并保持1小時(shí)。在氦氣流下將樣品冷卻至室溫。

　　在批量實(shí)驗中研究了硝酸根離子在活性炭上的吸附。將約50mg或100mg制備的活性炭分別加入到錐形燒瓶中的25mL或50mL NaNO 3溶液中，并將混合物在100rpm，25℃下振蕩過(guò)夜。初始硝酸根離子濃度范圍為100至800mg/L。

　　pH對活性炭吸附硝酸根的影響

　　活性炭上的硝酸根離子吸附量與溶液的pH e之間的關(guān)系如圖1所示。硝酸根離子在堿性條件下幾乎不被吸附，這意味著(zhù)氫氧根離子會(huì )抑制硝酸根離子的吸附。另一方面，隨著(zhù)平衡pH的降低，硝酸根離子的吸附量增加。在堿性條件下，由于硝酸根離子與活性炭表面之間的靜電排斥，硝酸根離子很難被吸附在活性炭上。另一方面，硝酸根離子的吸附量在酸性條件下增加，這歸因于硝酸根離子與碳表面之間的靜電吸引力。然而，隨著(zhù)平衡pH從3.0降低到2.0，觀(guān)察到硝酸根離子吸附的顯著(zhù)降低。在此pH范圍內，氯離子的初始濃度從2 m增加到20 m M，這意味著(zhù)共存的氯離子會(huì )抑制硝酸根離子的吸附。通過(guò)NaCl溶液將氯離子的初始濃度固定在20 m M時(shí)，可以清楚地發(fā)現氯離子對硝酸根離子的吸附抑制作用，表明硝酸根離子在所有pH區域的吸附量均低于沒(méi)有任何pH調節的溶液。因此共存陰離子會(huì )導致競爭吸附影響硝酸根離子吸附的效果，并且這種作用可能是較強的在共存陰離子的濃度較高。

　圖1.平衡pH下活性炭在25°C下吸附硝酸根的影響。

　　在這項研究中，通過(guò)氨氣處理和除氣來(lái)引入活性炭上的堿性基團/位點(diǎn)并從活性炭表面除去酸性基團以增強水溶液中硝酸根離子的吸附，以及硝酸根離子吸附與之間的關(guān)系。研究了溶液的pH值以及活性炭的表面電荷，以了解活性炭吸附硝酸根離子的基本機理。結論可歸納如下。

　　1、硝酸根離子的吸附取決于溶液的pH值，隨著(zhù)pH的降低，吸附量增加。

　　2、硝酸根離子的吸附在pH2時(shí)受到抑制，這意味著(zhù)氯離子對硝酸根離子的吸附有抑制作用。

　　3、在通過(guò)除氣和氨氣處理處理的碳表面上引入堿性基團/位點(diǎn)將使活性炭表面帶正電荷，增強硝酸根離子在水溶液中的吸附。